DE102016219735A1

DE102016219735A1 - Verfahren zur Anpassung einer hinterlegten Druck-Volumen-Kennlinie in einem Bremssystem und Bremssystem

Info

Publication number: DE102016219735A1
Application number: DE102016219735.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Böhm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Verfahren zur Anpassung einer hinterlegten Druck-Volumen-Kennlinie zur Druckregelung in einem Bremssystem (2), bei dem in wenigstens einer Radbremse (42, 44, 46, 48; 250) von einer Druckbereitstellungseinrichtung (20, 278) ein Systemdruck (PSys) aufgebaut wird, wofür die hinterlegte Druck-Volumen-Kennlinie verwendet wird, die zu gegebenem Volumen den zugehörigen Systemdruck (PSys) angibt, wobei während eines Bremsvorganges Drücke und zugehörige Volumina bestimmt werden, mit deren Hilfe eine angepasste Kennlinie aus der hinterlegten Kennlinie durch eine Verschiebung auf der Volumenachse sowie eine Dehnung der hinterlegten Kennlinie gewonnen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung einer hinterlegten Druck-Volumen-Kennlinie zur Druckregelung in einem Bremssystem, bei dem in wenigstens einer Radbremse von einer Druckbereitstellungseinrichtung ein Systemdruck aufgebaut, wofür die hinterlegte Druck-Volumen-Kennlinie verwendet wird, die zu gegebenem Volumen den zugehörigen Systemdruck angibt. Sie betrifft weiterhin ein Bremssystem.
In der Kraftfahrzeugtechnik finden „Brake-by-Wire“-Bremsanlagen eine immer größere Verbreitung. Derartige Bremsanlagen umfassen oftmals neben einem durch den Fahrzeugführer betätigbaren Hauptbremszylinder eine elektrisch („by-Wire“) ansteuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, mittels welcher in der Betriebsart „Brake-by-Wire“ eine Betätigung der Radbremsen stattfindet.
Bei diesen Bremssystemen, insbesondere elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“, ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Bei Betätigung des Pedals werden gewöhnlich eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator betätigt, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der Pedalsimulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollbremsmomentes, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel verwirklichen.
Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden Aktuatoren als Linearaktuatoren ausgebildet, bei denen zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben wird, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
Aus der DE 10 2013 204 778 A1 ist eine „Brake-by-Wire“-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, welche einen bremspedalbetätigbaren Tandemhauptbremszylinder, dessen Druckräume jeweils über ein elektrisch betätigbares Trennventil trennbar mit einem Bremskreis mit zwei Radbremsen verbunden sind, eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene, zu- und abschaltbare Simulationseinrichtung, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit den Einlassventilen der Radbremsen verbunden ist.
In derartigen Bremssystemen ist gewöhnlich eine mechanische bzw. hydraulische Rückfallebene vorgesehen, durch die der Fahrer durch Muskelkraft bei Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug abbremsen bzw. zum Stehen bringen kann, wenn die „By-Wire“-Betriebsart ausfällt oder gestört ist. Während im Normalbetrieb durch eine Pedalentkopplungseinheit die oben beschriebene hydraulische Entkopplung zwischen Bremspedalbetätigung und Bremsdruckaufbau erfolgt, wird in der Rückfallebene diese Entkopplung aufgehoben, so dass der Fahrer direkt Bremsmittel in die Bremskreise verschieben kann. In die Rückfallebene wird geschaltet, wenn mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung kein Druckaufbau mehr möglich ist.
Im Normalbetrieb betätigt bei einer derartigen Fremdkraftbremsanlage der Fahrer einen Pedalsimulator, wobei diese Pedalbetätigung durch Pedalsensoren erfasst wird und ein entsprechender Drucksollwert für den Linearaktuator zu Betätigung der Radbremsen ermittelt wird. Eine Bewegung des Linearaktuators aus seiner Ruhelage nach vorn in den Druckraum hinein verschiebt Bremsflüssigkeitsvolumen vom Linearaktuator über die geöffneten Ventile in die Radbremsen und bewirkt somit einen Druckaufbau. Im umgekehrten Fall führt die Bewegung des Linearaktuators zurück in Richtung seiner Ruhelage zu einem Druckabbau in den Radbremsen. Die Einstellung eines geforderten Systemdruckes erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Druckreglers bzw. eines geeigneten Druckregelsystems, bei dem beispielsweise dem Druckregler ein Drehzahlregler unterlagert ist.
Zur bedarfsweisen und präzisen Einstellung der geforderten Drücke ist im Bremssystem eine Druck-Volumen-Kennlinie hinterlegt, die das Verhältnis von Volumen und Druck abbildet, so dass zu jedem Volumen der zugehörige Druck ermittelt werden kann und umgekehrt. Während des Betriebs des Fahrzeuges ist allerdings die mit Hilfe der Kennlinie ausgedrückte Zuordnung von Volumen und Druck zum Teil erheblichen Schwankungen unterworfen. Aufgrund von Varianten- bzw. Exemplarstreuungen, dem Verschleißzustand von Komponenten, insbesondere der Bremsbeläge, der Temperatur und dem Betriebszustand des Bremssystems verändert sich die Druck-Volumen-Relation dynamisch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe diesen Veränderungen im laufenden Betrieb Rechnung getragen werden kann. Weiterhin soll ein Bremssystem angegeben werden.
In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während eines Bremsvorganges Drücke und zugehörige Volumina bestimmt werden, mit deren Hilfe eine angepasste Kennlinie aus der hinterlegten Kennlinie durch eine Verschiebung auf der Volumenachse sowie eine Dehnung bzw. Skalierung der hinterlegten Kennlinie gewonnen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass durch die dynamischen Veränderungen der effektiven Kennlinie, also dem momentan vorliegenden Zusammenhang zwischen Volumen und Druck, präzise geregelte Bremsvorgänge nicht mehr möglich sind. Es ist daher erforderlich, diese Schwankungen bzw. betriebs- oder zustandsabhängige Veränderungen während des normalen Bremsbetriebes zu erfassen und diese Veränderungen zu modellieren, um auf diese Weise die Kennlinie entsprechend anzupassen. Dabei sollte auf die Verwendung spezieller Testanregungen verzichtet werden und nur die Signalverläufe betrachtet werden, die bei einer normalen Betätigung der Radbremse vorliegen.
Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich eine performante Anpassung der Kennlinie vornehmen, bei der diese Veränderungen parametrisiert werden können, indem die aktuelle Kennlinie aus der hinterlegten Kennlinie durch eine Verschiebung auf der Volumenachse sowie eine Dehnung der Basiskennlinie ermittelt werden kann. Auf diese Weise können die wesentlichen, während des Betriebes des Bremssystems auftretenden Veränderungen der beteiligten Komponenten parametrisiert werden, wodurch die Präzision des aktiven Druckaufbaus erhöht wird.
Bevorzugt wird dann die angepasste Kennlinie bzw. die angepasste Druck-Volumen-Kennlinie verwendet um einen Systemdruck aufzubauen.
Eine Dehnung beinhaltet eine positive Dehnung bzw. Streckung als auch eine negative Dehnung bzw. Stauchung.
Vorteilhafterweise wird die hinterlegte Kennlinie durch eine Mehrzahl von Stützstellen des Volumens repräsentiert, denen jeweils ein Druckwert zugeordnet ist. Die Kennlinie wird auf diese Weise durch eine Menge von Wertepaaren repräsentiert, wobei jedes Wertepaar einen Volumenwert und einen zugeordneten Druckwert beinhaltet.
Der Volumenwert einer Stützstelle der angepassten bzw. modifizierten Kennlinie ist bevorzugt gegeben durch die Multiplikation des Volumenwertes der hinterlegten Kennlinie mit einem Dehnungsfaktor und der Addition eines konstanten Volumens. Eine Multiplikation mit einem Dehnungsfaktor größer als Eins entspricht dabei einer Dehnung, während eine Multiplikation mit einem Dehnungsfaktor kleiner als Eins einer Stauchung entspricht.
Der Dehnungsfaktor und das konstante Volumen sind in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens für alle Stützstellen gleich gewählt. Auf diese Weise müssen nur zwei Parameter, nämlich der Dehnungsfaktor und das konstante Volumen angepasst werden, um die modifizierte Kennlinie zu erhalten, was im laufenden Betrieb schnell erfolgen kann.
Bevorzugt wird der Volumenwert der modifizierten Stützstelle während einer Bremsbetätigung ermittelt zu einem Zeitpunkt, in dem der Systemdruck einen Druckwert einer Stützstelle der hinterlegten Kennlinie annimmt. Auf diese Weise kann auf die Verwendung spezieller Testzyklen zur Aktualisierung verzichtet werden.
Diese Ermittlung während eines Druckaufbaus wird vorteilhafterweise durchgeführt wenn der Druckwert das erste Mal erreicht oder überschritten wird.
Eine Modifikation bzw. Anpassung der Kennlinie erfolgt bevorzugt dann, wenn während der Ermittlung des Volumenwertes an einer Stützstelle die zeitliche Ableitung des Druckes geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist und/oder wenn die Motordrehzahl des Motors der Druckbereitstellungseinrichtung geringer ist als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert. Bevorzugt weist die Druckbereitstellungseinrichtung einen hydraulischen Druckraum auf, der von einem hydraulischen Druckkolben begrenzt wird, wobei der Kolben mit Hilfe eines Elektromotors und eines zwischen Motor und Kolben zwischengeschaltetem Rotations-Translationsgetriebe in dem Druckraum verfahren wird. Das Rotations-Translationsgetriebe ist bevorzugt als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgebildet.
Eine Modifikation bzw. Anpassung der Kennlinie erfolgt vorteilhafterweise, wenn der Druck einen vorgegebenen Mindestdruckschwellenwert überschreitet und/oder wenn eine Anzahl von Stützstellen ermittelt wurde, die größer ist als eine vorgegebene Mindeststützstellenanzahl. Dies erfolgt bevorzugt bei sicherer Erkennung des Druckwertes.
Vorzugsweise wird eine Anpassung der Kennlinie nur dann durchgeführt, wenn die Anzahl der Stützstellen, bei denen die Abweichung des bestimmten Volumenwertes von dem hinterlegten Volumenwert kleiner ist als ein vorgegebener Abweichungswert, größer ist als ein Anzahlschwellenwert, bevorzugt größer als die Mehrzahl der Stützstellen. Bevorzugt wird der Anzahlschwellenwert mindestens gleich oder größer als zwei Drittel der Gesamtzahl der Stützstellen gewählt.
Wird die Kennlinie modifiziert werden bevorzugt mit Hilfe der neuen Stützstellen der Dehnungsfaktor und das konstante Volumen berechnet.
Die Anpassung der Kennlinie erfolgt bevorzugt durch Bestimmung bzw. Schätzung der beiden Änderungsparameter konstantes Volumen und Dehnungsfaktor, beispielsweise mittels der bekannten Methode der kleinsten Fehlerquadrate.
Die Kennlinie ist bevorzugt in einem Speicher einer Steuer- und Regeleinheit hinterlegt. Auch die angepasste Kennlinie ist bevorzugt in einem Speicher der Steuer- und Regeleinheit hinterlegt. Im Fahrbetrieb wird bevorzugt die angepasste Kennlinie zur Ansteuerung der Druckbereitstellungseinrichtung für den aktiven Bremsdruckaufbau verwendet. Bevorzugt werden die Volumina bei jedem Bremsvorgang oder in regelmäßigen Abständen bestimmt.
In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe gelöst mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche. Insbesondere ist bevorzugt eine Steuer- und Regeleinheit zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch eine Modifikation der pV-Kennlinie während des Bremsbetriebes die Präzision und Zuverlässigkeit des aktiven Bremsdruckaufbaus auch bei Veränderungen des Bremssystems aufrechterhalten werden kann. Insbesondere sind keine zusätzlichen Testzyklen notwendig, so dass das Bremssystem zu jedem Zeitpunkt bedarfsweise für Bremsvorgänge zur Verfügung steht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 ein Bremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform;
2 eine von einer Druckbereitstellungseinrichtung betätigbare Radbremse;
3 ein Druckregelsystem;
4 eine beispielhafte Druck-Volumen-Kennlinie; und
5 ein Schalbild zur Anpassung eines Nachführungsparameters.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 2 dargestellt. Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 6 betätigbaren Hauptbremszylinder 10, eine mit dem Hauptbremszylinder 10 zusammenwirkende Simulationseinrichtung 14, einen dem Hauptbremszylinder 10 zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 18, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 20, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum 26 gebildet wird, deren Kolben 32 durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 40.
Die nicht näher bezeichnete Druckmodulationseinrichtung umfasst beispielsgemäß hydraulisch betätigbare Radbremsen 42, 44, 46, 48 und je betätigbarer Radbremse 42 bis 48 ein Einlassventil 50, 52, 54, 56 und ein Auslassventil 60, 62, 64, 66, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremsen 42 bis 48 angeschlossen sind. Die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 50 bis 56 werden mittels Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 mit Drücken versorgt, die in einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart aus einem Systemdruck abgeleitet werden, der in einer an den Druckraum 26 der Druckbereitstellungseinrichtung 20 angeschlossenen Systemdruckleitung 80 vorliegt und dem von der Druckbereitstellungseinrichtung bereitgestellten Druck entspricht. Die Bremsen 42, 44 sind dabei an einen ersten Bremskreis 84, die Bremsen 46, 48 an einen zweiten Bremskreis 88 hydraulisch angeschlossen.
Den Einlassventilen 50 bis 56 ist jeweils ein zu den Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 hin öffnendes Rückschlagventil 90, 92, 94, 96 parallel geschaltet. In einer Rückfallebenenbetriebsart werden die Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 über hydraulische Leitungen 100, 102 mit den Drücken des Bremsmittels aus Druckräumen 120, 122 des Hauptbremszylinders 10 beaufschlagt. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 60 bis 66 sind über eine Rücklaufleitung 130 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 18 verbunden.
Der Hauptbremszylinder 10 weist in einem Gehäuse 136 zwei hintereinander angeordnete Kolben 140, 142 auf, die die hydraulischen Druckräume 120, 122 begrenzen. Die Druckräume 120, 122 stehen einerseits über in den Kolben 140, 142 ausgebildete radiale Bohrungen sowie entsprechende Druckausgleichsleitungen 150, 152 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 18 in Verbindung, wobei die Verbindungen durch eine Relativbewegung der Kolben 140, 42 im Gehäuse 136 absperrbar sind. Die Druckräume 120, 122 stehen andererseits mittels der hydraulischen Leitungen 100, 102 mit den bereits genannten Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 in Verbindung.
In der Druckausgleichsleitung 150 ist ein stromlos offenes Ventil 160 enthalten. Die Druckräume 120, 122 nehmen nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 140, 142 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 10 in einer Ausgangslage positionieren. Eine Kolbenstange 166 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 6 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des ersten Hauptbremszylinderkolbens 140 bzw. Primärkolbens, dessen Betätigungsweg von einem, vorzugsweise redundant ausgeführten, Wegsensor 170 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch des Fahrzeugführers.
In den an die Druckräume 120, 122 angeschlossenen Leitungsabschnitten 100, 102 ist je ein Trennventil 180, 182 angeordnet, welches als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes, 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Durch die Trennventile 180, 182 kann die hydraulische Verbindung zwischen den Druckräumen 120, 122 des Hauptbremszylinders 10 und den Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 abgesperrt werden. Ein an den Leitungsabschnitt 102 angeschlossener Drucksensor 188 erfasst den im Druckraum 122 durch ein Verschieben des zweiten Kolbens 142 aufgebauten Druck.
Die Simulationseinrichtung 14 ist hydraulisch an den Hauptbremszylinder 10 ankoppelbar und umfasst beispielsgemäß im Wesentlichen eine Simulatorkammer 190, eine Simulatorfederkammer 194 sowie einen die beiden Kammern 190, 194 voneinander trennenden Simulatorkolben 198. Der Simulatorkolben 198 stützt sich durch ein in der Simulatorfederkammer 194 angeordnetes elastisches Element (z. B eine Feder), welches vorteilhafterweise vorgespannt ist, am Gehäuse 136 ab. Die Simulatorkammer 190 ist mittels eines elektrisch betätigbaren Simulatorventils 200 mit dem ersten Druckraum 120 des Hauptbremszylinders 10 verbindbar. Bei Vorgabe einer Pedalkraft und geöffnetem Simulatorventil 200 strömt Druckmittel vom Hauptbremszylinder-Druckraum 120 in die Simulatorkammer 190. Ein hydraulisch antiparallel zum Simulatorventil 200 angeordnetes Rückschlagventil 210 ermöglicht unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorventils 200 ein weitgehend ungehindertes Zurückströmen des Druckmittels von der Simulatorkammer 190 zum Hauptbremszylinder-Druckraum 120. Andere Ausführungen und Anbindungen der Simulationseinrichtung an den Hauptbremszylinder 10 sind denkbar.
Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 20 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet, deren/ dessen Druckkolben 32, welcher den Druckraum 26 begrenzt, von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 220 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes, welches bevorzugt als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgebildet ist, betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 220 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagesensor ist mit dem Bezugszeichen 226 bezeichnet. Zusätzlich kann auch ein Temperatursensor 228 zum Sensieren der Temperatur der Motorwicklung verwendet werden.
Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 32 auf das in dem Druckraum 26 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die Systemdruckleitung 80 eingespeist und mit einem vorzugsweise redundant ausgeführten Drucksensor 230 erfasst. Bei geöffneten Druckzuschaltventilen 240, 242 gelangt das Druckmittel in die Radbremsen 42 bis 48 zu deren Betätigung. Durch Vor- und Zurückschieben des Kolbens 32 erfolgt so bei geöffneten Druckzuschaltventilen 240, 242 bei einer Normalbremsung in der „Brake-by-Wire“-Betriebsart ein Radbremsdruckaufbau und -abbau für alle Radbremsen 42 bis 48.
Beim Druckabbau strömt dabei das vorher aus dem Druckraum 26 in die Radbremsen 42 bis 48 verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 26 zurück. Dagegen strömt bei einer Bremsung mit radindividuell unterschiedlichen, mit Hilfe der Einlass- und Auslassventile 50 bis 56, 60 bis 66 geregelten Radbremsdrücken (z. B bei einer Antiblockierregelung (ABS-Regelung)) der über die Auslassventile 60 bis 66 abgelassene Druckmittelanteil in den Druckmittelvorratsbehälter 18 und steht somit zunächst der Druckbereitstellungseinrichtung 20 zur Betätigung der Radbremsen 42 bis 48 nicht mehr zur Verfügung.
In einer alternativen Ausführungsform weist das Bremssystem 2 vier in 2 dargestellte Radbremsen 250 auf. In einem, bevorzugt schwimmenden, Bremssattel 254 sind zwei Bremselemente 258, 262 angeordnet, auf denen jeweils ein Bremsbelag 266, 270 angeordnet ist, zwischen denen eine Bremsscheibe 274 angeordnet ist. Eine Druckbereitstellungseinrichtung 278, die als Linearaktuator ausgebildet ist, weist einen hydraulischen Druckraum 282 auf, in dem ein Druckkolben 286 bedarfsweise verschoben wird. Dabei wird die rotatorische Bewegung der Motorwelle eines Elektromotors 290 durch ein Rotations-Translationsgetriebe in eine translatorische Bewegung des Druckkolbens 286 umgewandelt. Zur Erfassung der Kolbenposition ist ein Rotorlagesensor 294 vorgesehen. Über eine hydraulische Leitung 300 ist der Druckraum 282 mit einem hydraulischen Raum 304 hydraulisch verbunden. Der Druck in der Leitung 300 wird durch einen, bevorzugt redundant ausgeführten, Drucksensor 310 gemessen.
Der hydraulische Raum 304 wird auf der der Bremsscheibe 274 zugewandten Seite von einem verschiebbaren Druckkolben 316 begrenzt. Bei Verschieben des Druckkolbens 286 in den Druckraum 282 wird hydraulisch Flüssigkeit in den hydraulischen Raum 304 gefördert, wodurch der Druckkolben den Bremsbelag 270 gegen die Bremsscheibe 274 drückt. Der Druckraum 282 ist bei unbetätigtem Zustand des Druckkolbens 286 über eine hydraulische Leitung 322 mit einem Ausgleichsbehälter 326 verbunden. Sattel 254, Ausgleichsbehälter 326 und Druckbereitstellungseinrichtung 278 sind bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse 330 angeordnet. Eine Steuer- und Regeleinheit 340 ist signaleingangsseitig mit dem Drucksensor 294 verbunden und signalausgangseitig mit dem Elektromotor 290 verbunden. Bevorzugt ist die Steuer- und Regeleinheit 340 mit einem Raddrehzahlsensor 344 verbunden.
In der Steuer- und Regeleinheit 40 ist software- und/oder hardwaremäßig ein Druckregelsystem 360 implementiert, das in 3 in einer bevorzugten Ausführung näher dargestellt ist. Zur Druckregelung steht der Drucksensor 230 zur Verfügung, der den vom Linearaktuator bzw. der Druckbereitstellungseinrichtung 20 aufgebrachten hydraulischen Druck bzw. Systemdruck P_Sys erfasst. Die Position des Linearaktuators bzw. die Position des Druckkolbens 220 wird gemessen durch den ebenfalls in 1 dargestellten Motorwinkelsensor 226.
Das Druckregelsystem 360 weist ein Druckregelmodul 366 auf, dem der Sollsystemdruck P_Sys,Soll und der Istsystemdruck P_Sys zugeführt werden. Einem Berechnungsmodul 370 wird der Sollsystemdruck P_Sys,Soll zugeführt. Das Berechnungsmodul 370 berechnet mit Hilfe des Sollsystemdrucks P_Sys,Soll im Rahmen einer Geschwindigkeitsvorsteuerungsberechnung eine Vorsteuerungswinkelgeschwindigkeit ω_{Akt,Soll,DR,FFW} der Motorwelle oder des Motors.
Der Sollsystemdruck P_Sys,Soll wird einem Subtraktionsmodul 374 zugeführt, dem der Istsystemdruck bzw. Systemdruck P_Sys zugeführt wird und von dem Sollsystemdruck P_Sys,Soll abgezogen wird. Die auf diese Weise bestimmte Druckdifferenz wird einem Druckregler 378 zugeführt, welcher daraus eine Reglerstellgröße ω_{Akt,Soll,DR,Ctrl} für die Winkelgeschwindigkeit berechnet. Diese Reglerstellgröße wird zur Vorsteuerungswinkelgeschwindigkeit in einem Addiermodul 382 addiert, wodurch eine Sollwinkelgeschwindigkeit ω_Akt,Soll berechnet wird. Diese wird einem Begrenzungsmodul 386 zugeführt, das sie auf einen vorgegebenen Wertebereich beschränkt, woraus die resultierende Winkelgeschwindigkeit ω_{Alt,Soll,Result} resultiert.
Die begrenzte Sollwinkelgeschwindigkeit ω_{Akt,Soll,Result} wird einem Subtraktionsmodul 390 zugeführt, dem die Istwinkelgeschwindigkeit ω_Akt zugeführt wird und von der Sollwinkelgeschwindigkeit ω_Akt,Soll abgezogen wird. Die auf diese Weise ermittelte Winkelgeschwindigkeitsdifferenz wird einem Drehzahlregler 396 zugeführt, welcher mit Hilfe dieser Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ein Sollmotormoment berechnet, welches in einem Begrenzungsmodul 400 auf einen vorgegebenen Motormomentwertebereich begrenzt wird. Das Begrenzungsmodul 400 liefert als Ausgangsgröße ein Sollmotormoment M_Akt,Soll, mit welchem der Elektromotor 220 der Druckbereitbereitstellungseinrichtung 20 angesteuert wird.
Aus dem Motorwinkelsignal des Motorwinkelsensors 226 wird das Motordrehzahlsignal z. B durch Differentiation, ermittelt. Ausgangsgröße der Systemdruckregelsystems nach 3 ist als Stellgröße des Drehzahlreglers 296 ein Sollwert für das vom Motor aufzubringende Motormoment. Zur Durchführung der gewünschten Aktuatorbewegung bzw. der Bewegung des Kolbens 32 zum Aufbringen definierter Bremsdrücke muss dieses Motormoment so bemessen sein, dass neben der erforderlichen Aktuatorbeschleunigung auch eine ausreichende Kompensation der auf den Aktuator wirkenden Gegenmomente, maßgeblich verursacht durch Reibung und dem, dem Bremsdruck entsprechenden, Lastmoment, erfolgen kann. Die üblicherweise verwendete Reglerstruktur für den Drehzahlregler zur Erfüllung dieser Aufgaben ist daher ein proportional-integralwirkender Regler (PI-Regler).
Aufgrund des nichtlinearen Verhaltens der Kennlinie kann die Regelkreisdynamik optimiert werden, indem man im unteren Druckbereich, in dem die Bremse ein sehr weiches Verhalten aufweist, den Grundverstärkungsfaktor des Druckreglers stark anhebt. Gleiches gilt für das ebenfalls in 3 dargestellte Modul 370 bzw. den Funktionsblock „Berechnung der Geschwindigkeitsvorsteuerung“, bei dem aufgrund des angeforderten Solldruckverlaufes P_Sys,Soll(t) eine vorzusteuernde Motordrehzahl ermittelt wird, wobei für die Einstellung eines bestimmten Solldruckgradienten aufgrund der in 4 dargestellten charakteristischen pV-Kennlinie im Bereich kleiner Drücke eine deutlich höhere Motordrehzahl erforderlich ist, als im Bereich hoher Bremsdrücke, wo der Kennlinienverlauf nahezu linear ist.
In 4 ist beispielhaft eine Druck-Volumen-Kennlinie bzw. pV-Kennlinie in einem Diagramm bzw. kartesischem Koordinatensystem dargestellt. Auf der Abszisse 444 ist das Volumen aufgetragen. Auf der Ordinate 448 ist der Druck bzw. Systemdruck aufgetragen. Zu gegebenem Volumen gibt die Kennlinie somit Ausdruck über den aufgebauten Druck. Die Kennlinie ist bevorzugt in einem Speicher der Steuer- und Regeleinheit 40 des Bremssystems 2 hinterlegt.
Da eine mathematische Beschreibung der in 4 gezeigten Kennlinie in einer analytischen Form für eine Online-Implementierung in einer Druckregelung (z. B entsprechend einer Anordnung bzw. einem Druckregelsystem 360 nach 3) zu aufwendig und aufgrund des hohen Rechenzeitbedarfs ungeeignet ist, ist die bevorzugte Beschreibung dieser Kennlinie in Form einer Tabelle mit Stützstellen (P_i, V_Mod,i).
Die Kennlinie ist dabei bevorzugt an diskreten Volumen-Stützstellen V_i hinterlegt, d. h. zu jeder dieser Stützstellen (i), von denen schematisch drei Stützstellen 450, 452, 454 eingezeichnet sind und denen jeweils ein Volumenwert V_Mod,i zugeordnet ist, ist ein entsprechender Druckwert P_i hinterlegt. Für Volumina, die zwischen den Stützstellen liegen, wird der Druckwert interpoliert. Für Volumina, die größer sind als der größte hinterlegte Stützstellenwert, wird die Kennlinie extrapoliert.
Die pV-Kennlinie wird erfindungsgemäß während der Betriebsdauer des Bremssystems angepasst bzw. modifiziert, damit die Druckbereitstellungseinrichtung bzw. der Linearaktuator präzise angesteuert werden kann. Aufgrund von Varianten- bzw. Exemplarsstreuungen, dem Verschleißzustand insbesondere der Beläge, der Temperatur, bzw. dem Betriebszustand ist die Bremsenkennlinie bzw. pV-Kennlinie zum Teil erheblichen Schwankungen unterworfen. Zu gegebenen Druckwerten werden daher neue Volumenwerte ermittelt.
Als Modell für diese Änderungen wird die Kennlinie dahingehend angepasst bzw. modifiziert, dass sich die aktuelle bzw. angepasste Kennlinie aus der im Speicher hinterlegten Kennlinie durch eine Verschiebung auf der Volumenachse sowie eine Dehnung/Stauchung der Basiskennlinie ergibt. Betrachtet man definierte Stützstellen der Druckwerte P_I (mit i = 1..N, wobei N die Anzahl der Stützstellen angibt), so stellen die Werte V_Mod,I die entsprechenden Volumenstützstellen der Basiskennlinie. Die aktuell vorliegende Kennlinie liefert dann für die gleichen Druckwerte P_I die Volumenstützstellen V_Mess,I. Entsprechend der getroffenen Annahme bezüglich der Kennlinienänderung ergibt sich dann der allgemeine Ansatz, dass sich das ermittelte, aktuelle Volumen V_Mess,Akt aus dem zugehörigen Volumenwert V_Mod der Basiskennlinie nach der Gleichung V_Mess,Akt = V₀ + K_v·V_Mod ergibt, wobei V₀ die Kennlinienverschiebung auf der Volumenachse beinhaltet und der Parameter K_v die oben erwähnte Dehnung/Stauchung der Kennlinie repräsentiert.
Während eines Bremsvorganges während der Druckaufbauphase, wenn ein Druckwert P_i sicher erkannt wird und das erste Mal erreicht wird, wird das zugehörige Bremsvolumen bestimmt. Das heißt während der Druckaufbauphase wird bei einem sicher erkannten, erstmaligen Überschreiten eines Druck-Stützstellenwertes P_i der zu diesem Druckwert zuzuordnende Aktuatorvolumenwert V_Mess,Akt,i gespeichert. Der Aktuatorvolumenwert V_Mess,Akt,i kann beispielsweise aus der Aktuatorposition X_Akt entsprechend der Beziehung V = A_Kolben·X_Akt berechnet werden, wobei mit A_Kolben die Querschnittsfläche des Linearaktuatorkolbens bezeichnet wird und die Aktuatorposition X_Akt aus dem aus 1 oder 2 bekannten Motorwinkelsignal bestimmt werden kann. Die Größe X_Akt ist dabei der Verschiebeweg des Kolbens in dem hydraulischen Druckraum.
Eine sichere Erkennung des Druckwertes umfasst bevorzugt folgende Vorgänge. Es wird betrachtet und bewertet, ob in mehreren, aufeinander folgenden Reglerloops ein Überschreiten des Druckwertes P_i vorliegt. Ist dies der Fall, so ist das Überschreiten von P_i erkannt und es wird der Volumenwert gespeichert, der beim erstmaligen Überschreiten von P_i (innerhalb dieses Beobachtungsintervalls) vorgelegen hat.
Nach Beendigung der Bremsung ist der Linearaktuator drucklos und befindet sich wieder in seiner Ruheposition. In diesem Zustand wird nun geprüft, ob aufgrund der ermittelten Stützstellenwerte V_Mess,Akt,i eine Aktualisierung der in 4 dargestellten, statischen Kennlinie erfolgen kann bzw. vorgenommen werden muss. Hierzu wird zunächst geprüft, in welchem Geschwindigkeitsbereich die Bremsung vorgenommen wurde, wobei auch hier nur die Druckaufbauphase betrachtet wird. Liegt die Druckaufbaudynamik während des Zeitintervalls, in dem die Stützstellenwerte erfasst wurden, unterhalb eines Grenzwertes (dP/dt)_Est,Max, so können dynamische Effekte, wie z. B Staudrücke oder Druckschwingungen, durch eine schnelle Betätigung vernachlässigt werden und die Ermittlung der Änderungsparameter V₀ und K_v kann zugelassen werden. Alternativ zum Druckaufbaugradient (dP/dt)_Est,Max kann auch hier die Motordrehzahl betrachtet werden, wobei dann eine vordefinierte Maximaldrehzahl ω_Est,Max nicht überschritten werden darf.
Im Weiteren wird nun geprüft, ob ein vordefinierter Mindestdruck P_Est,Min erreicht wurde, bzw. eine vordefinierte Mindestanzahl N_Est,Min (bevorzugt > 2) von Stützstellen erfasst wurde. Dadurch wird vermieden, dass immer nur der Bereich kleiner Bremsdrücke, in dem die Bremse ein sehr weiches Verhalten aufweist, betrachtet wird und dass ein repräsentativer Bereich der Kennlinie nach 4 erfasst wird. Die erwähnten Mindestwerte sollten daher in jedem Fall einen Bereich umfassen, bei dem die Kennlinie beginnt, in den linearen Bereich zu wechseln.
Zusätzlich wird noch geprüft, ob eine Anpassung überhaupt erforderlich ist. Dies erfolgt anhand der während der Bremsung ermittelten Volumenstützstellenwerte V_Mess,Akt,i im Vergleich zu dem gegenwärtig im Modell verwendeten Stützstellenwertes V_Mod,i. Die Notwendigkeit einer Anpassung ergibt sich dann, wenn für die Mehrzahl der erfassten Stützstellen die signifikante Abweichung festgestellt wird, es also gilt: |V_Mess,Akt,i – V_Mod,i| > ε_i
Die Anpassung der Kennlinie nach 4 erfolgt dann durch Schätzung bzw. Bestimmung der beiden Änderungsparameter V₀ und K_v, z. B mittels der bekannten Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Hierzu werden diese beiden Parameter so bestimmt, dass die Summe der Fehlerquadrate minimal wird: ∑(V_Mess,Akt,i – (V_0,Est + K_v,Est·V_Mod,i))² → Min, (i = 1..N_Est)
Nach erfolgter Bestimmung eines neuen Parametersatzes werden die Stützstellen der Kennlinie nachgeführt, d. h. die modifizierte Kennlinie wird gespeichert und im Betrieb für die Ansteuerung der Druckbereitstellungseinrichtung verwendet. Um eine ausreichende Robustheit gegenüber Störungen bei Messungen bzw. Schätzergebnissen zu erreichen, ist es sinnvoll, die neu ermittelten Parameter nicht zu 100 % zu übernehmen, sondern Vorwissen über die möglichen Änderungen der Kennlinie zu berücksichtigen und die ermittelten Änderungsparameter zu plausibilisieren. So können beispielsweise die ermittelten Parameter sich nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit ändern.
Zur Erhöhung der Robustheit wird daher ein Nachführfaktor β definiert, der eine Gewichtung zwischen dem zuletzt verwendetem Parametersatz (Tabellenwerte V_Mod,i) und dem aufgrund der letzten Schätzung neu ermittelten Werten (Tabellenwerte V_Mess,Est,i) vornimmt. Für jeden neuen Tabellenwert (V_Mod,Neu,i) gilt dann: V_Mod,Neu,i = β·V_Mess,Est,i + (1 – β)·V_Mod,i
Bei einem Wert von β = 0 wird als neuer Wert der bisherige verwendete Wert genommen. Bei einem Wert von β = 1 wird der alte Wert vollständig durch den neuen Wert ersetzt. Bei Werten zwischen 0 und 1 enthält der alte Wert der Stützstelle eine Beimischung durch den neuen Wert. Das Volumen V_Mess,Est,i repräsentiert die, zur Druckstützstelle P_i zugehörige, neue Volumenstützstelle, welche aus dem aktuellen Kennlinienpunkt V_Mod,i und den ermittelten Änderungsparameter V_0,Est und K_v,Est berechnet werden kann: V_Mess,Est,i = V_0,Est + K_v,Est·V_Mod,i
Bei der Festlegung des Gewichtungsfaktors β muss ein Kompromiss zwischen einer hohen Anpassungsdynamik, aber schwachen Filterung (β → 1) und einer guten Filterung von Fehlern, aber nur langsame Anpassungsdynamik (β → 0) gefunden werden. Der Gewichtungsfaktor β kann daher als ein konstanter Parameter entsprechend den o.g. Kriterien angegeben werden. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, diesen Parameter nach jeder Bremsung, bei der eine Kennlinienanpassung möglich ist und als erforderlich festgestellt wurde, auf der Basis der Druckaufbaugeschwindigkeit und der Anzahl der bei der Schätzung zu berücksichtigenden Punkte, neu festzulegen. Ein Diagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Gewichtungsfaktors β mit 0 ≤ β ≤ β_Max ≤ 1 zeigt 5.
In einem ersten Block 480, der als Eingangsgröße die zeitliche Ableitung des Druckes hat, wird eine erste Gewichtungsgröße λ₁ bestimmt, deren Wert von dem Betrag der genannten zeitlichen Ableitung abhängt. Von dem Wert Null bis zu einem ersten Grenzwert des Betrages wird λ₁ der Wert 1 zugeordnet, danach wird der Wert von λ₁ linear erniedrigt, bis er für Betragswerte, die größer als ein zweiter Grenzwert sind, Null ist und bleibt.
In einem zweiten Block 486, dessen Eingangsgröße die Anzahl der Stützstellen ist, bei denen während eines Bremsvorganges ein modifiziertes Volumen bestimmt werden konnte, wird eine zweite Gewichtungsgröße λ₂ berechnet. Beginnend bei einem Anzahlwert von Null wird λ₂, bevorzugt in Stufen, erhöht, bis es bei Überschreiten eines Stufenanzahlgrenzwertes den maximalen Wert von 1 erhält und behält.
In einem Block 492 werden die beiden Gewichtungsgrößen λ₁, λ₂ miteinander verknüpft, insbesondere miteinander multipliziert (d. h. λ = λ₁·λ₂), um daraus eine dritte Gewichtungsgröße λ zu bestimmen. Diese dritte Gewichtungsgröße λ ist Eingangsgröße in einem Block 498, in dem in Abhängigkeit von λ der Gewichtungsfaktor β bestimmt wird. Beginnend von einem Wert von Null wird β linear mit steigendem Wert von λ erhöht, bis es bei Überschreiten eines Grenzwertes den Wert 1 erhält und beibehält. Ausgangsgröße von Block 498 ist der oben genannte Gewichtungsfaktor bzw. Nachführfaktor β.
Mit Hilfe der in den Blöcken 480, 486, 492 und 498 dargestellten Schritte wird β auf einen Wert zwischen 0 und 1 festgelegt. Dabei wird β im Wesentlichen umso höher gewählt, je geringer die zeitliche Ableitung des Druckes zum Erfassungszeitraum war und je mehr Stützstellen neu bestimmt werden konnten.
Das beschrieben Verfahren ist bevorzugt software- und/oder hardwaremäßig in der Steuer- und Regeleinheit implementiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204778 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Anpassung einer hinterlegten Druck-Volumen-Kennlinie zur Druckregelung in einem Bremssystem (2), bei dem in wenigstens einer Radbremse (42, 44, 46, 48; 250) von einer Druckbereitstellungseinrichtung (20, 278) ein Systemdruck (P_Sys) aufgebaut wird, wofür die hinterlegte Druck-Volumen-Kennlinie verwendet wird, die zu gegebenem Volumen den zugehörigen Systemdruck (P_Sys) angibt, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Bremsvorganges Drücke und zugehörige Volumina bestimmt werden, mit deren Hilfe eine angepasste Kennlinie aus der hinterlegten Kennlinie durch eine Verschiebung auf der Volumenachse sowie eine Dehnung der hinterlegten Kennlinie gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hinterlegte Kennlinie durch eine Mehrzahl von Stützstellen des Volumens mit Volumenwerten (V_i) repräsentiert wird, denen jeweils ein Druckwert (P_i) zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Volumenwert (V_i) einer Stützstelle der angepassten Kennlinie gegeben ist durch die Multiplikation des Volumenwertes (V_i) der hinterlegten Kennlinie mit einem Dehnungsfaktor (K) und der Addition eines konstanten Volumens (V₀).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Dehnungsfaktor (K) und das konstante Volumen (V₀) für alle Stützstellen gleich gewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Volumenwert (V_i) der modifizierten Stützstelle während einer Bremsbetätigung ermittelt wird zu einem Zeitpunkt, in dem der Systemdruck (P_Sys) den zur Stützstelle (i) der hinterlegten Kennlinie zugeordneten Druckwert (P_i) annimmt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Ermittlung während eines Druckaufbaus durchgeführt wird, insbesondere wenn der Druckwert (P_i) das erste Mal erreicht oder überschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Anpassung der Kennlinie erfolgt, wenn während der Ermittlung eines Volumenwertes (V_i) an einer Stützstelle die zeitliche Ableitung des Systemdruckes (P_Sys) geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist und/oder wenn die Motordrehzahl des Motors der Druckbereitstellungseinrichtung (20, 278) geringer ist als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine Anpassung der Kennlinie erfolgt, wenn der Druck einen vorgegebenen Mindestdruckschwellenwert (P_Est,Min) überschreitet und/oder wenn eine Anzahl von Stützstellen ermittelt wurde, die größer ist als eine vorgegebene Mindeststützstellenanzahl (N_Est,Min).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Anpassung der Kennlinie nur durchgeführt wird, wenn die Anzahl der Stützstellen, bei denen die Abweichung des bestimmten Volumenwertes (V_Mess,Akt,i) von dem hinterlegten Volumenwert (V_Mod,i) kleiner ist als ein vorgegebener Abweichungswert, größer ist als Anzahlschwellenwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mit Hilfe der neuen Stützstellen der Dehnungsfaktor (K) und das konstante Volumen (V₀) berechnet werden.
Bremssystem (2) mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.